《通信原理》课件 第11章

通信原理1

第一部分 (第1章-第5章)通信基础知识和模拟通信 原理

第二部分(第6章-第10章)数字通信、模拟信号的数字传输和数字信号的最佳接收

第三部分(第11章-第14章)数字通信中的编码和同步等技术，及简要结束通信网的概念

通信原理第11章差错控制编码

第11章差错控制编码

11.1 概述通信传输工程存在干扰，使码元波形变坏 乘性干扰采用均衡的办法纠正 加性干扰，在数字通信中合理选择调制、解调方 法以及发射功率 如不能满足要求，采用本章介绍的差错控制

第11章差错控制编码

11.1 概述

信道分类：从差错控制角度看随机信道：错码的出现是随机的 突发信道：错码是成串集中出现的 混合信道：既存在随机错码又存在突发错码

差错控制技术的四种检错重发 前向纠错 反馈校验 检错删除

第11章差错控制编码

差错控制编码：常称为纠错编码监督码元：上述4种技术中除第3种外，都是在接收 端识别有无错码。所以在发送端需要在信息码元序 列中增加一些差错控制码元，它们称为监督码元。 不同的编码方法，有不同的检错或纠错能力。 多余度：就是指增加的监督码元多少。例如，若编 码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元， 则这种编码的多余度为1/3。 编码效率(简称码率) :设编码序列中信息码元数量 为k,总码元数量为n,则比值k/n 就是码率。 冗余度：监督码元数(n-k) 和信息码元数 k 之比。 理论上，差错控制以降低信息传输速率为代价换取 提高传输可靠性。

第11章差错控制编码

自动要求重发(ARQ)系统

3种ARQ系统1、停止等待ARQ系统3ACK

发送码组

11

2 2

3NAK

4ACK

5ACK

5NAK

6ACK

ACK 接收码组

t

3有错码组

3

4

5有错码组

5 t

数据按分组发送。每发送一组数据后发送端等待接 收端的确认(ACK)答复，然后再发送下一组数据。 图中的第3组接收数据有误，接收端发回一个否认 (NAK)答复。这时，发送端将重发第3组数据。 系统是工作在半双工状态，时间没有得到充分利用， 传输效率较低。7

第11章差错控制编码2、拉后ARQ系统发送数据 重发码组 重发码组

1

2

3

4

5

6

7

5

6

7

8

9 10 11 9 10 11 12NAK9

ACK1

NAK5

ACK5

接收数据

1

2

3

4

5

6

7

5

6

7

8

9 10 11 9 10 11 12

有错码组

有错码组

发送端连续发送数据组，接收端对于每个接收到的数 据组都发回确认(ACK)或否认(NAK)答复。例如，图中第5组接收数据有误，则在发送端收到第5 组接收的否认答复后，从第5组开始重发数据组。 在这种系统中需要对发送的数据组和答复

进行编号， 以便识别。显然，这种系统需要双工信道8

第11章差错控制编码3、选择重发ARQ系统重发码组 发送数据 重发码组

1

2

3

4

5

6

7

5

8

9 10 11ACK5

9 12 13 14ACK9

ACK1 接收数据

NAK5

NAK9

1

2

3

4

5

6

7

5

8

9 10 11有错码组

9 12 13

14

有错码组

它只重发出错的数据组，因此进一步提高了传输效率。

第11章差错控制编码

ARQ的主要优点：和前向纠错方法相比

监督码元较少即能使误码率降到很低，即码率较高； 检错的计算复杂度较低； 检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关， 能适应不同特性的信道。

ARQ的主要缺点：

需要双向信道来重发，不能用于单向信道，也不能用 于一点到多点的通信系统。 因为重发而使ARQ系统的传输效率降低。 在信道干扰严重时，可能发生因不断反复重发而造成 事实上的通信中断。 在要求实时通信的场合，例如电话通信，往往不允许 使用ARQ法。10

第11章差错控制编码

ARQ系统的原理方框图

在发送端，输入的信息码元在编码器中被分组编码(加入 监督码元)后，除了立即发送外，还暂存于缓冲存储器中。 若接收端解码器检出错码，则由解码器控制产生一个重发 指令。此指令经过反向信道送到发送端。由发送端重发控 制器控制缓冲存储器重发一次。 接收端仅当解码器认为接收信息码元正确时，才将信息码 元送给收信者，否则在输出缓冲存储器中删除接收码元。 当解码器未发现错码时，经过反向信道发出不需重发指令。 发送端收到此指令后，即继续发送后一码组，发送端的缓 11 冲存储器中的内容也随之更新。

第11章差错控制编码

11.2 纠错编码的基本原理

分组码基本原理：举例说明如下。

设有一种由3位二进制数字构成的码组，它共有8种不同 的可能组合。若将其全部用来表示天气，则可以表示8种 不同天气，例如：“000”(晴),“001”(云), “010”(阴),“011”(雨), “100”(雪),“101”(霜),

“110”(雾),“111”(雹)。

其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码，则将变 成另一个信息码组。这时，接收端将无法发现错误。12

第11章差错控制编码

若在上述8种码组中只准许使用4种来传送天气，例如： “000”=晴 =雨

“011”=云 “101”=阴

“110”

这时，虽然只能传送4种不同的天气，但是接收端却 有可能发现码组中的一个错码。 例如，若“000”(晴)中错了一位，则接收码组将变 成“100”或“010”或“001”。这3种码组都是不准使 用的，称为禁用码组。 接收端在收到禁

用码组时，就认为发现了错码。当发 生3个错码时，“000”变成了“111”,它也是禁用码 组，故这种编码也能检测3个错码。 但是这种码不能发现一个码组中的两个错码，因为发 13 生两个错码后产生的是许用码组。

第11章差错控制编码

检错和纠错

上面这种编码只能检测错码，不能纠正错码。例如，当接 收码组为禁用码组“100”时，接收端将无法判断是哪一位 码发生了错误，因为晴、阴、雨三者错了一位都可以变成 “100”。 要能够纠正错误，还要增加多余度。例如，若规定许用码 组只有两个：“000”(晴),“111”(雨),其他都是禁 用码组，则能够检测两个以下错码，或能够纠正一个错码。 例如，当收到禁用码组“100”时，若当作仅有一个错码， 则可以判断此错码发生在“1”位，从而纠正为“000” (晴)。因为“111”(雨)发生任何一位错码时都不会变 成“100”这种形式。 但是，这时若假定错码数不超过两个，则存在两种可能性： “000”错一位和“111”错两位都可能变成“100”,因而只 能检测出存在错码而无法纠正错码。 14

第11章差错控制编码

分组码的结构

将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码称 为分组码 。 在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元。 信息位和监督位的关系：举例如下

信息位

监督位

晴云 阴 雨

0001 10 11

01 1 015

第11章差错控制编码

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